تشخیص عیب و کنترل یکپارچه مبتنی بر مدل درسیستم های چند عاملی خطی

STUDENT

DEGREE

YEAR

The main aim of this dissertation is to design distributed simultaneous fault diagnosis and control units for multi-agent systems . For this purpose, each agent is equipped with a single module that generates both the residual signal for the fault detection task , as well as the control input for each agent . The proposed integrated structure enables each follower not only to follow the leader but also to detect the occurrence of local fault in itself or among its neighbors . First, a novel event-triggered method is proposed to design the detector/controller units. By using this method, the data is not transmitted by the agents continuously and each detector/controller module transmits information to its neighbors only at its triggering instants . Using a single module with a common state variable for both detection and control objectives , and an event-triggered data transmission paradigm , significantly reduces the overall data transmission by the agents and leads to less consumption of communication resources . The triggering instants are determined by using a dynamic triggering rule which results in higher data transmission reduction in comparison with a static triggering condition . The proposed event-triggered approach does not guarantee the perfect decoupling of the residuals from faults in non-neighbor agents. Therefore, it can not guarantee fault isolation. The second method that is proposed in this dissertation, can isolate the faulty agent and determine whether the fault is in the sensors or actuators. Moreover, the control input of the leader is assumed to be known by its neighbors and not by all followers. In this method, the performance indices of the detector/controller modules are considered in finite frequency domain to reduce conservatism. Finally, the problem of distributed simultaneous fault estimation and fault-tolerant control design is considered . For each agent , a sliding-mode observer-based estimator/controller module is proposed that uses the available local relative output measurements and the information transmitted from the neighboring agents . By using the linear matrix inequality technique , the parameters of the observers are designed such that the fault estimation is robust against disturbances and at the same time , a robust leader-following mission in the presence of actuator fault is guaranteed .

در سال‌های اخیر، مطالعه و تحقیق در زمینه‌ی سیستم‌های چندعاملی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. کاربرد چنین سیستم‌هایی جهت انجام مأموریت‌های پیچیده‌ای است که یک عامل به تنهایی قادر به انجام آن نیست و به همین دلیل از چندین عامل به صورت همزمان استفاده می‌شود تا با همکاری یکدیگر مأموریت مشترکی را انجام دهند. سیستم‌های چندعاملی با توجه به تعدد عامل‌ها و همچنین محیط‌های ناشناخته‌ای که در آن کار می‌کنند، در معرض انواع عیب‌ها قرار دارند. این عیب می‌تواند در حسگرها، عملگرها و یا در ساختار درونی سیستم رخ دهد و عملکرد عامل را مختل کند. از طرفی به دلیل برهمکنش عامل‌ها با یکدیگر، وجود عیب در یک عامل می‌تواند بر عامل‌های همسایه نیز تأثیر گذاشته و با گسترش این تأثیر در شبکه‌ی عامل‌ها، عملکرد کل مجموعه را تحت تأثیر قرار دهد. به همین دلیل لازم است پس از رخ دادن عیب، وقوع آن و همچنین عامل معیوب به سرعت تشخیص داده شوند تا با تغییر ساختار کنترل‌کننده و یا حذف عامل معیوب، از تأثیر عیب بر روی مجموعه و هدفی که دنبال می‌کند کاسته شود. به این منظور، در این تحقیق طراحی واحد تشخیص عیب برای یک سیستم چندعاملی مورد توجه قرار گرفته است. در این رساله، برای طراحی بلوک تشخیص عیب از روش تشخیص عیب و کنترل همزمان توزیع شده استفاده شده است. در این روش، دو بلوک کنترل‌کننده و تشخیص عیب با هم ادغام می‌شوند و یک واحد تشخیص عیب و کنترل یکپارچه را تشکیل می‌دهند که سیگنال آشکارساز عیب و همچنین ورودی کنترل را تولید می‌کند. در این روش به دلیل استفاده از یک واحد یکسان به منظور تحقق اهداف کنترل و تشخیص عیب، پیچیدگی سیستمِ کلّی کاهش می‌یابد که با توجه به محدودیت پردازشی عامل‌ها یک مزیت برای سیستم محسوب می‌شود. با توجه به محدودیت‌های ارتباطی و منابع انرژی، انتقال پیوسته‌ی اطلاعات بین عامل‌ها به مقرون به صرفه نیست. اخیراً، به منظور کاهش تعداد بسته‌های اطلاعاتی ارسالی در شبکه، ارسال مبتنی بر رویداد مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش، بسته‌ی اطلاعاتی در صورتی ارسال می‌شود که تغییر قابل ملاحظه‌ای نسبت به اطلاعات ارسال شده‌ی قبلی داشته باشد. به این ترتیب، انرژی مصرف شده جهت ارسال اطلاعات کاهش یافته و همچنین احتمال تصادم در ارسال و گم شدن بسته کمتر می‌شود. در بخشی از این رساله با توجه به مزیت‌های روش ارسال مبتنی بر رویداد، یک راهکار آشکارسازی عیب و کنترل همزمان در سیستم چندعاملی ارائه شده است که در آن اطلاعات به روش مبتنی بر رویداد توسط عامل‌ها ارسال می‌شود. در روش ارسال مبتنی بر رویداد پیشنهاد شده، شرط ارسال به صورت دینامیک بیان شده که نسبت به روش استاتیک رایج عملکرد بهتری در کاهش ارسال اطلاعات دارد. در بخش دیگر این رساله، یک روش آشکارسازی عیب و کنترل همزمان توزیع شده با قابلیت جداسازی عامل معیوب ارائه شده است. در این روش، بر خلاف روش‌های موجود که متغیر حالت بلوک تشخیص عیب میان عامل‌ها مبادله می‌شود، ورودی‌های کنترلی مبادله می‌شوند. سپس ثابت می‌شود که با استفاده از این روش در صورت وقوع عیب عملگر در یک عامل، تنها سیگنال‌های مانده‌ی آن عامل و عامل‌های همسایه تحت تأثیر قرار می‌گیرند. همچنین در صورت وقوع عیب حسگر، تنها سیگنال مانده‌ی عامل معیوب تحت تأثیر قرار می‌گیرد. به این ترتیب با استفاده از این دو ویژگی، الگوریتمی ارائه شده که علاوه بر جداسازی عامل معیوب، مشخص می‌کند که عیب رخ داده از نوع عیب عملگر است یا عیب حسگر. در روش پیشنهاد شده، با استفاده از لم KYP تعمیم‌یافته به جای استفاده از کل بازه‌ی فرکانسی، بازه‌های محدود فرکانسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به این ترتیب، علاوه بر کاهش محافظه‌کاری می‌توان عیب عملگر را آشکارسازی کرد که در روش مشابه موجود امکان‌پذیر نیست. کلمات کلیدی: سیستمهای چند عاملی - آشکارسازی عیب - ارسال میتنی بر رویداد- اجماع - تخمین عیب در بخش پایانی این رساله ، یک روش تخمین عیب و جبران‌سازی همزمان برای سیستم چندعاملی ارائه شده است. در روش پیشنهاد شده ، با استفاده از اندازه‌گیری‌های نسبی و استفاده از یک رؤیتگر مد لغزشی برای هر عامل ، واحد تخمین عیب و جبران‌ساز یکپارچه به گونه‌ای طراحی شده ‌است که ورودی عیب در آن عامل را تخمین می‌زند و به طور همزمان ورودی کنترل‌کننده را به گونه‌ای تولید می‌کند که اثر عیب را بر هدف کنترل که تعقیب عامل سرگروه است ، جبران کند.